本发明公布了一种负载生物膜的污水处理填料及其应用，包括塑料丝条，所述塑料丝条交错缠绕成中空的线团，所述线团由多层滤膜层构成，各滤膜层由采用不同直径的丝条缠绕而成，使丝条缠绕后形成的所述线团由表至内各滤膜层按表面的孔径值排序后按以下方式分布:所述线团由内至外各层滤膜层的孔径逐渐递增、或递减、或先递增至阈值递减、或先递减至阈值再递增。填料由外向内具有不同的层次，每个层次的孔径分布不同，形成不同孔径的滤膜，提高填料的利用率，以使微生物处理负荷增大70％，同时由于层次结构的分布，对水力冲击耐受度更高。